补充内容-1数据通信基础.ppt

补充： 数据通信基础, 【学习要点】,1理解数据通信的基本概念 2了解数据编码技术 3掌握数据通信方式 4掌握数据交换技术 5熟悉信道复用技术 6了解传输介质 7掌握差错控制技术,补充2 数据通信的基本概念,国家广播电影电视总局2004年11月宣布到2015年将停止模拟电视播出，实现数字广播电视有线、卫星和无线的全国覆盖。那么究竟什么是模拟电视，什么是数字电视？它们有什么区别？,？,补充1.1 信息、数据、信号与信道,数据通信是指通过通信系统将数据以某种信号的方式从一处安全、可靠地传输到另一处，包括数据的传输及传输前后的处理。其中信息、数据与信号等是数据通信系统中最基本的概念，必须了解其中的区别和联系。 1信息 2数据 3信号 4信道 5带宽,补充1.2 数据通信系统基本结构,1模拟通信系统 2数字通信系统,图2-2 模拟通信系统的模型,图2-3 数字通信系统的模型,补充1.3 数据通信系统的性能指标,1有效性指标的具体表述 （1）数据传输率。数字通信系统的有效性可用数据传输速率来衡量，数据传输速率越高，系统的有效性越好。通常可从码元速率和信息速率两个不同的角度来定义数据传输速率。 码元速率 信息速率 （2）信道带宽。 2可靠性指标的具体表述 （1）误码率 （2）误比特率,补充2 数据编码与调制技术,家庭用户很多采用电话拨号上网，电话线（模拟信道）中传输的是模拟信号，而计算机中的信号是数字信号，怎样能使数字信号通过模拟信道进行传输？我们现在使用的数字电话是怎样传输模拟音频信号的？,？,补充2.1 数据编码类型,其编码类型有以下4种，如图2-6所示。,图2-6 数据编码类型,补充2.2 数据调制技术,1模拟数据的调制 2数字数据的调制,图2-7 数字信号通过模拟通信系统的传输情况,补充2.3 数据的编码技术,1模拟数据的编码 采用脉冲编码调制把模拟信号数字化的3个步骤如下。 采样：以采样频率把模拟信号的值采出，如图2-8所示。 量化：使连续模拟信号变为时间轴上的离散值。比如在图2-9中采用8个量化级，每个采样值用3位二进制数表示。 编码：将离散值变成一定位数的二进制码，如图2-10所示。,图2-8 采样,图2-9 量化,图2-10 编码,补充2.3 数据的编码技术（续）,2数字数据的编码 （1）不归零码（Non-Return to Zero，NRZ） （2）曼彻斯特编码（Manchester） （3）差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）,图2-11 数字信号的编码,补充3 数据的传输,数据传输在我们身边无处不在，如打电话、使用对讲机、收听广播等。那么这几种通信方式中所用到的数据传输方式相同吗？数据传输有哪些方式？数据传输需要哪些技术？在串行传输时，接收端如何从串行数据位流中正确地划分出发送的一个个字符?,？,补充3.1 信道通信的工作方式,1单工通信 2半双工通信 3全双工通信,图2-12 单工通信,图2-13 半双工通信,图2-14 全双工通信,补充3.2 数据的传输方式,在数字通信中，按每次传送的数据位数，传输方式可分为：串行通信和并行通信两种。 1串行通信 2并行通信,图2-15 串行通信,图2-16 并行通信,补充3.3 同步方式,1异步方式 在异步方式中，每传送1个字符（7或8位）都要在每个字符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始；在字符代码校验码后加或两个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，从而起到通信双方的同步作用。 2同步方式 通常，同步方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（也称为帧）。对这些数据，不需要附加起始位或停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN（以01101000表示）或一个同步字节（01111110），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。,补充3.4 通信网络中节点的连接方式,1点到点的连接，如图2-17 2点到多点连接，如图2-18-19,图2-17 点到点的线路连接,图2-18 分支式多点连接,图2-19 集线式多点连接,补充3.5 数据传输的基本形式,1基带传输 基带（Base Band）是原始信号所占用的基本频带。基带传输是指在线路上直接传输基带信号或略加整形后进行的传输。 2频带传输 频带传输就是先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。 3宽带传输 所谓宽带，就是指比音频带宽还要宽的频带，简单地说就是包括了大部分电磁波频谱的频带。使用这种宽频带进行传输的系统称为宽带传输系统，它几乎可以容纳所有的广播，并且还可以进行高速率的数据传输。,补充4 数据交换技术,我们从一个城市到另一个城市，如果没有直达车的话，通常只能采取中途换乘的方式。在多个通信系统中，数据从源节点到达目的节点也很难实现收发两端直接相连传送，通常要通过多个节点转发才能到达。那么，怎么实现数据的交换与转发？有哪些数据交换方式？,？,补充4.1 电路交换,1电路交换通信的3个阶段 （1）建立电路。 （2）数据传输 （3）电路拆除 2电路交换技术的特点 （1）在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路，采用面向连接的方式。 （2）一旦电路建立，用户就可以固定的速率传输数据，中间节点不对数据进行其他缓冲和处理，传输实时性好，透明性好。数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的顺序。 （3）在电路释放之前，该通路由一对用户完全占用，即使没有数据传输也要占用电路，因此线路利用率低。 （4）电路建立延迟较大，对于突发式的通信，电路交换效率不高。 （5）电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。,补充4.2 报文交换,1报文交换原理 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发给下一节点，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为“存储转发”。 2报文交换的特点 （1）在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道，大大提高了线路利用率。 （2）报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地。 （3）可以建立报文的优先权，优先级高的报文在节点可优先转发。 （4）报文大小不一，因此存储管理较为复杂。 （5）大报文造成存储转发的延时过长，对存储容量要求较高。 （6）出错后整个报文必须全部重发。 （7）报文交换只适用于传输数字信号。,补充4.3 分组交换,1分组交换的特点 2两种分组交换方式 分组交换可细分为数据报和虚电路两种。,图2-24 数据报,图2-25 虚电路,补充4.3 分组交换（续）,图2-26 三种交换的事件顺序,3三种交换方式比较,补充4.4 高速交换技术,1ATM技术 2光交换 光交换技术也是一种光纤通信技术，它是指不经过任何光/电转换，直接将输入的光信号交换到不同的输出端。光交换技术的最终发展趋势将是光控制下的全光交换，并与光传输技术完美结合，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行。,图2-27 ATM信元格式,补充5 信道复用技术,我们在收听无线电广播、收看无线电视的时候，多个电台或电视台的信号可以在同一无线空间中传播而互不影响，这是怎么实现的呢？用到了什么技术？为什么要这样做呢？,？,补充5.1 频分多路复用,在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用（Frequency Division Multip1exing，FDM）。,图2-28 频分多路复用,补充5.2 时分多路复用,若传输介质能达到的位传输速率超过传输数据所需的数据传输速率，可采用时分多路复用（Time-Division Multiplexing，TDM）技术，即将一条物理信道按时间分成若干个时隙，轮流地分配给多个信号使用，每一时隙由一路信号占用。这样，利用每路信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信道上传输多路信号。,补充5.2 时分多路复用(续),时分多路复用可细分为同步时分复用和异步时分复用两种。 1同步时分复用,图2-29 同步时分复用的原理,补充5.2 时分多路复用（续）,2异步时分复用 异步时分多路复用技术允许动态地按需分配使用时隙，以避免出现空闲时隙。即在输入端有数据要发送时，才分配时隙，当用户暂停发送数据时不给它分配时隙（即线路资源）,图2-30 异步时分复用的原理,补充5.3 波分多路复用,在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，这种方式称为光波分复用技术，通常称波分多路复用（Wave Division Multiplexing，WDM）。,图2-31 波分多路复用,补充5.4 码分多路复用,码分多路复用也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但使用的是基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，抗干扰能力强。 码分多路复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。,补充6 传输介质,固定电话和移动电话采用的传输介质分别是什么？常见的传输介质有哪些？它们通常应用于哪些场合？,？,图2-32 常用的传输介质,补充6.1 有线传输介质,1同轴电缆 2双绞线,图2-33 同轴电缆,图2-34 双绞线示意图,补充6.1 有线传输介质（续）,3光纤 只要射到光纤截面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，当有许多条不同角度入射的光线能在一条光纤中传输时，这种光纤就称为多模光纤（Multimode Fiber），如图2-44所示。 当光纤的直径小到与光波长在同一数量级，这时充造以平行于光纤中的轴线的形式直线传播，这样的光纤称为单模光纤（Single Mode Fiber），如图2-45所示。,图2-44 多模光纤,图2-45 单模光纤,补充6.2 无线传输介质,1无线电波 2微波 3红外线和激光,补充7 差错控制技术,正如邮局的信件在传送过程中会产生一些错误投递一样，数据在传输过程中也会产生差错。那么为什么会产生差错？如何进行差错控制？,？,补充7.1 差错的产生,差错的产生是由噪声引起的。根据产生原因的不同可把噪音分为两类：热噪声和冲击噪声。,图2-47 差错产生的过程,补充7.2 差错控制编码,差错控制编码可分为检错码和纠错码两类。 （1）检错码。检错码是能够自动发现错误的编码，如奇偶校验码、循环冗余校验码。 （2）纠错码。纠错码是能够发现错误且又能自动纠正错误的编码，如海明码、卷积码。下面主要介绍奇偶校验码、循环冗余校验码。 1奇偶校验码 2循环冗余校验码,补充7.3 差错控制方法,差错控制方法主要有两类：反馈重发和前向纠错。 1反馈重发检错方法 2前向纠错方法,图2-50 FEC方法原理图,图2-49 ARQ方法原理图,